论文摘要：等离基元微纳器件设计

未来信息处理时代要求对信息处理的速度和传输器件的集成度有更高的要求。光子器件比传统的电子器件带宽更高、响应更快等诸多优势。传统的光子器件由于受到衍射极限的限制聚焦光斑或波导中的光束直径难以突破波长量级。表面等离激元技术可以突破衍射限制，不仅具有电子系统的尺度而且具有光子系统的速度，实现了真正的亚波长光场传输。其具有的超强模场限制能力、可以同时传输光/电信号、特性可调控等诸多优势使它在微纳光子学领域显示出了巨大潜力，成为实现未来多功能光子芯片和超高密度集成的关键技术发展方向之一。

本论文以探索光信息传输领域低损耗、亚波长的新型表面等离激元光波导为目标，从介质导波模式和表面等离激元等关键问题出发，重点对混合型石墨烯表面等离激元波导微纳结构的相关光学导波特性开展了系统的理论分析和仿真研究。主要工作包括以下几个方面：

1）提出了基于高折射脊的对称混合型石墨烯表面等离激元波导，分析了其模场分布及模式特性，确定其偶混合模式的单模宽度。石墨烯带状波导支持的两种模式：混合边缘石墨烯表面等离（EGSP）模式以及波导石墨烯等离（WGSP）模式。讨论了石墨烯带中支持的模式的数目即石墨烯带中GSPP半波长的数目。分析了混合模式的基于高折射率脊的GSPP（Graphene Surface Plasmon Polariton）波导，得出基模的等效折射率及品质因数随覆盖层厚度的变化趋势。

2）提出了一种基于表面等离激元结构的极化旋转器件。该结构能够缩小器件的尺寸同时也保持了器件的性能。通过数值仿真表明选取适当的器件尺寸时可以同时得到最小的插入损耗和最大的消光系数。具有混合表面等离激元波导的强模场束缚特性，给制造极化多样性的集成光路器件提供了新的可能性。

 

关键字：表面等离激元，石墨烯，光波导，纳米器件 

 

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